Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko

Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

ВІРУСИ РОСЛИН Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Tulip Flower Breaking Virus (A Vase of Flowers-Jacob Marrel, 17 th c. )

Класифікація вірусів рослин Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Симптоми вірусної інфекції у рослин Вірус тютюнової мозаїки на томатах Вірус мозаїки турнепсу на капусті Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University ВЖКЯ на озимій пшениці Вірус огіркової мозаїки на огірках

Прояви фітовірусної інфекції А – системна інфекція (вірус розповсюджується по всій рослині з проявом симптомів) В – гіперчутливість (утворення некрозів в місцях проникнення вірусу) С – системна інфекція без прояву симптомів (толерантність) Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

ЕМ-зображення рослинної клітини Центральна вакуоля Кристал Хлоропласт Ядро Мітохондрія Клітинна стінка Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Анатомія рослинної клітини Хлоропласт Мітохондрія Цитоплазма Плазматична мембрана Шорсткий ендоплазматичний ретикулюм Пероксисоми Ядро Вакуоля Комплекс Гольджі Ядерце Ядерна оболонка Клітинна стінка Рибосоми Плазмодесми Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University Гладенький ендоплазматичний ретикулюим

Поперечний розріз листової пластинки Епікутикулярний віск Кутикула Пектиновий шар Епідермальні клітини Целюлозна оболонка Палісадні клітини Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Особливості взаємодії вірусів рослин з чутливими клітинами - Не описана стадія специфічної адсорбції на поверхні чутливих клітин рослин; - первинне інфікування можливе лише при порушенні цілісності целюлозної оболонки та цитоплазматичної мембрани; - від клітини до клітини вірус передається через плазмодесми; - більшість вірусів рослин передаються векторами; - при взаємодії з комахами-векторами деякі віруси рослин здатні розмножуватися в тканинах переносників. Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University (!)

Схема будови плазмодесми Клітина 1 TC- транспортний канал PM – плазматична мембрана S – спицеподібні структури ER – ендоплазматичний ретикулюм CW – клітинна стінка Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University Клітина 2

Рух ВТМ від клітини до клітини Клітинна стінка Інфікована клітина Здорова клітина Плазмодесма Клітинний білок МР + РНК Десмотубула Клітинна стінка РНКполімераза 1 – комплекс МР+РНК ВТМ 3 – транспорт крізь плазмодесму 5 - трансляція РНК ВТМ Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University 2 – модифікація плазмодесми 4 – роз’єднання комплексу

Транспорт вірусу по рослині Інтактна рослина Інокуляція Ca. MV-GFP Візуалізація вірусу на 7 й день після інфекції Молодий листочок Тотальна системна інфекція Ca. MV на 50 й день після інфекції Системна інфекція Ca. MV та експресія GFP на 30 й день після інфекції Ca. MV – Cauliflower Mosaic Virus, вірус мозаїки кольорової капусти GFP – Green Fluorescent Protein, зелений флюоресціюючий білок 1, 2, 3, 4 – номери листочків (у відповідності з часом утворення) Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Візуалізація руху ХВК на довгі дистанції Методика побудована на застосуванні зеленого флюоресціюючого білку (green fluorescent protein, GFP). Ген GFP вбудовується в геном вірусу і експересується разом з вірусними генами. A, B, C, F – системний транспорт ХВК по тканинам D, E – відсутність системного транспорту Різні штами ХВК відрізняються за здатністю системного розповсюдження по рослині Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Переносники деяких фітовірусів А – попелиця Muzus persicae; В – мозаїка на листках персика; С – віріони Plum Pox Virus; D – симптоми на плодах; Е - трипс Frankliniella occident. F - Симптоми TSWV на плодах арахісу E Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University D F

Зображення персикової попелиці (Muzus persicea), що годується на листовій пластинці тютюну. Скануюча електронна мікроскопія, Х 10 000 (I. Cooper, 1999) Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Контамінація попелиць лютеовірусами Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Схема будови попелиці та циркуляції лютеовірусу S. Gray et al, 2003 Кишечник Гемоціль Слинні залози Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University Шляхи вірусу: вхідний; вихідний.

Модель трансклітинного транспорту лютеовірусу (епітелій кишечнику-гемоціль) Задній відділ кишечника Вірус Гемоціль Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Модель трансклітинного транспорту лютеовірусу ( гемоціль – слинні залози) Гемоціль До стилету Слинна залоза Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Життєвий цикл ВЖКЯ в рослині Передача вірусу до чутливої клітини Передача вірусу до переносника Збірка віріонів Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University Репродукція вірусу (трансляція, реплікація, транскрипція)

Життєвий цикл вірусу смугастої мозаїки пшениці ВЕСНА ЛІТО Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University ОСІНЬ ЗИМА

Переносники вірусів рослин Комахи Insecta Рівнокрилі (Homoptera) -Попелиці (Aphididae) -Червеці (Psudococcidae) -Білокрилки (Aleyrodidae) -Світоноски (Fulgoridae) -Псиліди (Psyllidae) -Свинушки (Delphacidae) -Горбатки (Membracidae) -Цикади (Cicadellidae) Напівжорсткокрилі (Heteroptera) Жуки (Coleoptera) -Листоїди (Chrysomlidae) -Довгоносики (Curculionida) -Трипси (Thysanoptera) -Прямокрилі (Orthoptera) -Вуховертки(Dermaptra) -Молі (Lepidoptera) -Mухи (Diptera) Членистоногі Arthropoda Нематоди Nematoda Павукоподібн і Arachnida Кліщі (Acarina) -Галові кліщі (Eriophidae) -Павутинні кліщики (Tetranychidae) Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University Longidorus Trichodorus Xiphinema Гриби Fungi Olpidium brassicae Polimixa graminis Polimixa betae Olpidium radicale Spongospora subterranea

Взаємодія вірусів рослин з переносниками ВІРУС Нециркулятивна Неперсистентна Напівперсистентна Циркулятивна персистентна Непропагативна Пропагативна Циркулятивна взаємодія – вірус циркулює в гемолімфі переносника довгий час (тижні і місяці) Пропагативна взаємодія – вірус має здатність розмножуватися в клітинах переносника Персистентна взаємодія - переносник є носієм вірусу протягом всього життя Неперсистентна взаємодія – переносник є носієм вірусу протягом короткого часу (від декількох хвилин до декількох годин) Напівперсистентна взаємодія – переносник є носієм вірусу протягом досить довгого періоду (від доби до тижня) Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Шляхи передачі вірусів рослин в природі 4 1 - Механічним контактом (пряма передача); 2 - В процесі вегетативного розмноження; 4 3 - За допомогою насіння; 4 - За допомогою пилку; 5 - За допомогою переносників: 5 - комах; 6 - нематод; 7 - грибів; 5 - За допомогою повитиці. 6 Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University 6 3 1 1 7 7

Фітопатогенні віруси, що циркулюють на території України Зернові культури жовтої карликовості ячменю (ВЖКЯ), – вірус смугастої мозаїки пшениці (ВСМП), вірус штрихуватої мозаїки ячменю (ВШМЯ) Бобові культуривірус мозаїки люцерни (ВМЛ), – вірус жовтої мозаїки квасолі (ВЖМК) Овочеві культури – вірус тютюнової мозаїки (ВТМ), вірус огіркової мозаїки (ВОМ), вірус плямистого зів”янення томатів (ВПЗТ) Цукрові буряки жовтяниці цукрових буряків (ВЖБ), вірус мозаїки цукрових буряків (ВМБ) – вірус Картопля– У-вірус картоплі (УВК), Х-вірус капртоплі, вірус скручування листя картоплі (ВСЛК) Плодові вірус мозаїки яблуні (ВМЯ) Завдання на самостійну роботу: - дати повну характеристику перерахованим вірусам Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Економічне значення вірусних інфекцій рослин Середні значення втрат врожаю від вірусних інфекцій при розвитку епідемій (епіфітотій): Зернові культури – 15 -80% Бобові культури – 10 -70% Овочеві культури – 15 -90% Картопля – 20 -40% Плодові – 15 -60% Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Способи запобігання втрат врожаю від вірусних інфекцій 1. 2. 3. Отримання безвірусного посадкового матеріалу 1. 1. Біологічні способи 1. 2. Термотерапія 1. 3. Культура меристеми 1. 4. Хіміотерапія Боротьба з природніми джерелами вірусних інфекцій та переносниками Попередження проникнення вірусу в культуру та розповсюдження в ній 3. 1. Агротехнічні заходи 3. 2. Системи сертифікації 3. 3. Відбір стійких до вірусів рослин 3. 4. Захисна інокуляція авірулентними штамами вірусів (“імунізація”) 3. 5. Хімічні заходи захисту 3. 5. 1. Природні сполуки 3. 5. 2. Синтетичні інсектициди, нематоциди та Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Сайленсинг РНК n Сайленсинг РНК –це загальний термін, який охоплює постранскрипційне мовчання генів у рослин, quelling у грибів та РНК інтерференцію в тварин. n Сайленсинг РНК –консервативна система регуляції генів у еукаріот, яка супресує експресію генів через взаємодію між різними видами молекул РНК.

Механізм мовчання РНК Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Модель сайленсингу РНК

Інгібування вірусами системного сайленсингу в рослин n n Супресія системного сайленсингу в рослин, cпричинена 2 b протеїном Cucumber mosaic virus, полягає в інактивації сигналу , який індукує системний сайленсинг. Було виявлено зв’ язок між супресією системного сайленсингу та зв’ язуванням 2 b з довгими si. RNA чи їх попередниками ds. RNA

Інгібування вірусами системного сайленсингу в рослин 1. 2. У разі PVX інфекції делеція у гені Р 25 не зменшує кількість вірусів, накопичених в інокульованих протопластах, але запобігає поширенню PVX в неінфікованих клітинах. Р 25 опосередкована супресія системного сайленсингу необхідна для пересування PVX між клітинами рослини

Супресія продукції si. RNA 1. 2. 3. HC-Pro білок. Tobacco etch virus інгібує утворення si. RNA, зв’язуючись з Dicer ендонуклеазою HC-Pro протеїн переважно інгібує утворення si. RNA завдовжки 21 п. н Завдяки тому, що HC-Pro є цитоплазматичним білком, він не впливає на синтез si. RNA завдовжки 24 п. н

Супресія продукції si. RNA

Інгібування РНК сайленсингу 1. n n n Зв ’ язування супресорів з РНК Білок P 19 tombivirus секвеструє si. RNA Роль секвестрування було досліджено in vitro в інфікованих рослин та в культурі клітин Drosophila AC 4 білок Geminiviridae інгібує функціонування RISC після його дозрівання, зв’язуючись з одноланцюговими si. RNA

Механізми супресії вірусами сайленсингу РНК 1. n Віруси можуть інактивувати сайленсинг шляхом модифікації експресії генів хазяїна Експресія VSR в трансгенних рослин часто спричиняє аномалії розвитку, що можна пояснити підвищенням накопичення mi. RNA хазяїна

Створення трансгенних рослин, стійких до вірусної інфекції А В Трансгенна (А) і нормальна (В) рослини папайї, уражені вірусом кільцевої плямистості. Трансгенна папайя резистентна до інфекції. Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Конструкція рекомбінантних РНК Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

Valeriy Polischuk Virology Department Kyiv National Taras Shevchenko University

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !!